شبیه‌سازی با نرم‌افزار

گزارش کوتاهی از ارائه‌ی دکتر پویا رزاقی در نشست معرفی نرم‌افزارزهرا کرمی، ورودی ۹۸ مهندسی مکانیکدکتر رزاقی فارغ‌التحصیل کارشناسی «تبدیل انرژی»، ارشد «کمّی‌سازی عدم قطعیت در حوزه‌ی بایو» و دانشجوی دکترای همین گرایش هستند. ایشان در این نشست، ابتدا مقدمه‌ای از کلیت نرم‌افزارهای تبدیل انرژی ارائه کردند و سپس به سوالات مهم در این زمینه پاسخ دادند.«بحث نرم‌افزارها طولانی و گسترده است و نمی‌شود آن را در یک ارائه گنجاند. من تلاش کردم یک معرفی کوتاه و اجمالی از نرم‌افزارها ارائه بدهم و همچنین یک مقایسه‌ای بین آنها انجام دهم. در ادامه بیشتر بحث را به پرسش و پاسخ اختصاص می‌دهیم. تعدادی سوال وجود دارد که خوب است قبل از شروع شبیه‌سازی به آن‌ها پاسخ دهید تا هدفتان از این کار روشن شود و سپس به سراغ کار با نرم‌افزار برای شبیه‌سازی بروید.»1. آیا قدم اول در انجام پروژه‌های تبدیل انرژی یا به‌صورت کلی مکانیک‌سیالات، شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار است؟2. آیا لازم است تمام مقدمات و ابزار کاربردی نرم‌افزار را بدانیم؟3. شبیه‌سازی ما چقدر باید پیچیدگی داشته باشد؟4. چقدر می‌توانیم به مدلمان اطمینان کنیم؟5. این مدل، چه فیزیکی دارد؟6. اطلاعاتی مثل پارامترهای نامعلوم در مدل یا کمبود دانشمان درباره‌ی مدل را از چه منابعی می‌توانیم به دست آوریم؟حوزه‌هایی از مهندسی مکانیک که در آن کاربرد این نرم‌افزارها نمایان است:· آیرودینامیک: با دقیق‌شدن مدل‌های فیزیکی و پیشرفت توان‌های کامپیوتری، الگوریتم‌های جدیدی به نرم‌افزارها اضافه می‌شود که بتوان با آن‌ها بحث آیرودینامیک را پوشش داد.· حرارتی: گاهی لازم می‌شود برآورد دقیقی از عملکرد یک مبدل حرارتی یا توربین گاز در نیروگاه در یک شرایط خاص داشته باشیم که در اینجا شبیه‌سازی به کمک ما می‌آید.· بهینه‌سازی توربوماشینری: این مورد بسیار پرکاربرد است و در اکثر صنایع تبدیل انرژی وجود دارد.· احتراق در موتورهای موشک· مهندسی بیومکانیک: بحث پزشکی در زمینه‌ی مهندسی مکانیک· جریان‌های میکروفیدیک: فیزیک‌های الکترومغناطیساز کجا شروع کنیم؟فرم کلی معادلات در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، معادلات بهایا انتقال-انتشار یا transportاست.ترم زمانی، ترم advection، ترم diffusion، ترم چشمهشما به‌عنوان یک شبیه‌ساز باید بدانید هریک از این چهار ترم در مدل فیزیکی‌تان چه مفهومی را می‌رساند.نمونه‌هایی از فیزیک‌های مختلف که از معادلات transport تبعیت می‌کنند:ما به چه ابزاری احتیاج داریم؟چهار ماژول اصلی:1. باید مدل فیزیکی معادلات transport را تعیین کنیم؛ چراکه خواص فیزیکی یک مدل مهم است. همچنین شرایط مرزی حل معادلات دیفرانسیل و تنظیماتی که به کمک آن‌ها این معادلات به بهترین نحو حل می‌شوند، باید مشخص شوند.2. ماژولی که بتواند هندسه‌ی مدل ما را بهتر توصیف کند.3. ماژولی که بتواند هندسه‌ی مدل ما را شبکه‌بندی کند.4. ابزاری برای پس‌پردازشبهینه‌سازی و مطالعات پارامتریک می‌تواند چرخه‌ی پس‌پردازش را به چرخه‌ی هندسه‌ی مدلمان وصل کند.چه نرم‌افزارهایی داریم؟نرم‌افزارهای شبیه‌سازی در دو دسته‌ی تجاری و open source تقسیم‌بندی می‌شوند.در دسته‌ی اول، شما به سورس‌کد نرم‌افزار دسترسی ندارید و نمی‌توانید هر تغییری را در آن ایجاد کنید؛ هرچند کار با این دسته راحت‌تر است. در کار با دسته‌ی دوم، دست شما برای ایجاد تغییرات باز است و گاهی خودتان باید ماژول‌بندی را انجام دهید. در نهایت نرم‌افزارهای تجاری در صنعت کاربرد بیشتری دارند.مطلب نهایی«در زمینه‌ی نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، یادگرفتن تمام ماژول‌های یک نرم‌افزار خیلی کارآمد نیست. بهتر است براساس پروژه‌ای که برایتان تعریف می‌شود، مقدمات آن نرم‌افزار را دنبال کنید تا ببینید اطلاعات لازم را از کجا می‌توانید پیدا کنید. مهم این نیست که چه نرم‌افزاری را بلد هستید؛ مهم این است که بدانید چگونه می‌توانید اطلاعاتی را که درباره‌ی یک نرم‌افزار می‌خواهید، پیدا کنید. مخصوصاً اگر بخواهید یک کار بین‌رشته‌ای انجام بدهید، به کسب اطلاعات در زمینه‌های خارج از رشته نیاز بیشتری دارید. در نتیجه باید مهارت خوب جستجوکردن را فرا بگیرید. در این صورت به‌راحتی می‌توانید کار با نرم‌افزارهای مختلف را یاد بگیرید.»